不同治疗方法对骨质疏松性胸腰椎压缩骨折椎体力学稳定性影响的有限元分析

目的采用有限元分析探讨不同治疗方法治疗骨质疏松性椎体压缩骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)对脊柱力学稳定性变化的影响。方法选择2020年1月—2021年6月收治的10例胸腰椎OVCF患者,其中5例行微创手术治疗(手术组),5例行保守治疗(保守治疗组);另选择5例健康志愿者作为正常对照(正常对照组)。3组研究对象年龄及性别差异均无统计学意义(P>0.05)。手术组及保守治疗组于治疗前后行骨折椎体及邻近节段CT扫描,正常对照组行T12~L2CT扫描检查。将CT扫描数据导入Mimics10.01软件,构建三维有限元模型;将正常对照组模型与既往相关文献测量结果进行比较验证有效性后,测量各组不同运动状态下脊柱结构应力及活动度(range of motion,ROM)。结果经验证研究构建的三维有限元模型有效。治疗后在不同运动状态下,3组结构应力比较差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗前,手术组和保守治疗组各向ROM均低于正常对照组(P<0.05),保守治疗组和手术组差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,正常对照组和手术组各向ROM均高于保守治疗组(P<0.05),手术组与正常对照组差异无统计学意义(P>0.05)。结论对于OVCF患者,采用微创手术治疗可以获得较好效果,与保守治疗相比,能提高脊柱稳定性,可以作为一种首选治疗方法,有助于改善患者预后。

不同方法治疗骨质疏松性胸腰椎压缩骨折椎体力学稳定性变化差异的有限元分析

目的:通过有限元分析不同微创治疗方法对骨质疏松性椎体压缩骨折(OVCF)伤椎高度恢复不全状态下与人体正常模型、骨质疏松症(OP)患者模型进行对比分析,结合临床实际针对T12、L1椎体在骨折治疗后椎体高度丢失相同状态下不同工况条件对脊柱及相邻椎体附属结构的应力变化差异进行有限元分析,为OVCF的治疗筛选最佳的治疗策略和生物力学变化特征提供依据。方法:选择健康志愿者2人,X线检查排除胸腰椎相关病变,无明显畸形、增生、退变等,同时排除其他脊柱疾患病史、脊柱手术病史。另外选择2例住院老年骨质疏松女性胸腰椎CT及MRI扫描资料,通过PACS影像系统对符合条件的经过PKP、中医过伸复位法配合PKP、PVP治愈的临床真实病例6例,提取其CT及MRI资料,建立T11~L2三维有限元模型并验证模型有效性。施加生理正常载荷大小的轴向、前屈、后伸、侧屈载荷后求解,分析不同运动状态下的生物力学变化。对8组模型之间椎体、纤维环、椎间盘、髓核的Von Mises应力及椎体最大位移进行比对分析,同时对应力云图进行比对分析其生理与病理关节应力区域变化。结果:从椎体应力结果分析看,与正常人体脊柱胸腰段模型应力变化比较,经椎体强化术后PKP、PVP治疗在脊柱前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转、轴向7种不同运动状态下,其椎体结构包括椎体、椎间盘、纤维环、髓核的Von Mises应力有明显增大趋势,而OP者上述指标有明显降低趋势,椎体最大位移呈现增大趋势。对于T12椎体压缩性骨折经骨水泥强化术后,其在左右旋转运动状态下椎体、关节突关节应力明显增大。纤维环、椎间盘的应力变化略低于正常人,其中T12~L1纤维环、椎间盘应力在L1椎体压缩性骨折经PKP治疗后明显高于正常人。髓核应力变化OP患者明显低于正常人,椎体强化术后高于正常人。对终板的应力变化影响主要体现在骨折椎体经骨水泥强化术后(PKP、PVK、手法配合PKP)对邻近椎体终板应力有明显的增加,这印证了临床中经椎体强化术后患者远期对邻近椎体退变有明显影响。与正常人体模型比较,从筋-骨系统进行分析,骨与肌肉、韧带所代表的动静力变化都明显降低。结论:采用中医过伸复位法配合PKP方法能使纤维环、椎间盘、髓核及相邻椎体终板、关节突软骨的应力变化幅度减小,趋于一种稳定状态,降低了远期伤椎高度丢失、并发再骨折以及相邻椎体再骨折的发生比率,提高其远期疗效和增加OVCF胸腰段治疗后筋骨系统的稳定性。对治疗OVCF风险预防策略的标准化建立和完善提供理论和生物力学依据。